ZnO量子点的合成与发光特性研究开题报告
2022-01-02 17:19:13
全文总字数：4347字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
| 当今世界的经济发展与科学技术的发展都和信息技术、生命科学、材料科学的发展紧密相连，而且材料科学的发展是最为基础的，随着时代的发展，纳米半导体材料成为材料科学领域里新兴的重要一员，在物理、生物医学、化学等学术领域，纳米半导体已经成为其重要的研究内容。而氧化锌（ZnO）是当今社会科技领域中应用前景较高的半导体材料之一，ZnO是一种属于ⅡB-ⅥA族的宽带隙的半导体化合物材料，理论上其有着较高的光学特性和电学特性，ZnO半导体有很大的禁带宽度（3.37ev），而且优质的氧化锌有很高的熔点和激子束缚能（在室温下为60mev），ZnO半导体还具有透光率高、化学稳定性强、热稳定性和生物相容性好等很多性能以及光电性和压电特性非常好的优点。因此ZnO在室温下在更高的温度下都可以实现高功率激光发射，所以ZnO材料在光电领域和生物学等领域有广阔应用前景。 虽然人们近些年对ZnO薄膜有较深入的研究，但对于ZnO量子点这种拥有ZnO材料众多特性和许多其他特殊性质的材料的研究方面却很少，同时近几年，量子点的研究也受到了人们广泛的关注和重视。量子点是一种粒子径为1—10nm之间的零维材料，可用来制备各种性能优异的新型材料，它的发展丰富了纳米科技领域内容。而氧化锌量子点（ZnO-QDs）有着量子效应，会发生量子尺寸效应、量子限域效应，出现量子表面效应和量子隧道效应。因此氧化锌量子点材料与其他有机材料相比，可以展现更多的物理、化学和光电特性，在生物医学、催化方面、磁介质及光电材料等领域有很大的发展前景。因为ZnO量子点具有强的化学稳定性、高的热稳定性、宽带隙和高激子束缚能以及量子限制效应，且理论上拥有较高的发光效率，因此在量子点激光器、量子点LED、量子点探测器、光学生物标记，量子点太阳能电池等有着无限发展前景。因此ZnO量子点的合成与光电特性研究是十分有意义的。 |
| ZnO量子点的理论概念及其发展状况和应用前景。2、掌握ZnO量子点的制备方法，学会使用溶胶-凝胶法制备ZnO量子点。3、通过对本课题的深入研究，充分认识ZnO量子点的性质表征手段。4、通过对氧化锌量子点的光学特性和电学特性的研究，了解ZnO量子点在物理、化学、生物医学等领域的应用前景。 |
国内外研究现状
近些年，ZnO半导体量子点材料已经成为纳米材料中的研究热点，对于量子点的研究，国内外很多科研小组都在进行深入的探索和研究。近年来人们用各种方法制备合成半导体量子点材料，推动了量子点材料的发展和在光电器件研究方面的应用前景。当前科研人员十分关注量子点的粒径大小可控的制备方法，通过退火处理改善晶体质量，通过掺杂提高量子点的光电特性，通过表面修饰提高量子点的生物兼容性等等来更好的发展和选择ZnO量子点器件，使其在生产生活方面得到更广泛的应用。
2007年，我国中科院化学所得研究人员使用CdSe/ZnS和CdS核壳结构半导体量子点材料制备了ITO/PEDOT/poly-TPD/Alq3结构的量子点器件，通过调节核壳结构量子点的粒径尺寸和优化量子点器件的结构，这种光学器件可以发出红橙黄绿四种颜色的光。近几年随着科技的发展，科学技术人员能够在溶液中合成ZnO量子点，这种低成本制备ZnO量子点的发展推进了人们对zno量子点的结构和光电特性的研究；因为ZnO量子点具有高效的发光特性、高化学稳定性和热稳定性、高激子束缚能等优良特性，推动了人们对量子点LED的研究。
生物标记技术是生物医学领域的研究热点和难点，是其不可或缺的研究手段，而现阶段这个领域的研究主要集中在CdSe，CdTe为主的发光材料上，但是这种材料对生物体是有毒的，限制了发光量子点在生物技术上的应用，因此对安全无毒、环境友好的ZnO量子点发光材料的研究是急需的，齐齐哈尔医学院的张立平、吴山等利用溶胶-凝胶法在乙醇中成功制备了ZnO量子点，并且得出了可以通过控制反应时间、反应温度，LiOH用量来改变量子点发光情况，实现光波长由490nm到519nm的调制。
| 在ZnO量子点电学特性方面，荷兰Utrecht大学的Aarnound-L.Roest等人通过实验发现zno量子点 固体中的电子传输的库伦阻塞效应得出电导率和温度是否有相关性与电解液有关系，量子点要满足这两个条件就会发生库伦阻塞效应：1、量子点与电极之间的耦合作用很小。2、量子点吸收一个电荷所需要的静电荷能极大。 |
在ZnO量子点发光特性研究发面， H.Zr-Wu等人通过实验证明退火会引起zno量子点光致发光光谱吸收峰红移，验证了量子点的量子尺寸效应和量子限制效应会引起ZnO量子点光致发光光谱吸收峰蓝移。 2008年，Lommens，Petra等人成功制备了ZnO掺钻量子点，并且研究了其生长动力学过程。另外，Ekaterina、Bandaeve等人利用密度函数理论研究了ZnO量子点的电子结构。这对于目前ZnO量子点的研究都是较为先进的。
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2. 研究的基本内容
- 通过查阅大量相关文献熟悉ZnO量子点的理论知识以及ZnO量子点的研究情况和应用发展。
- 掌握ZnO量子点的性质表征手段，掌握ZnO量子点的基本制备合成方法，学会采用化学溶液法制备ZnO量子点。
- 学会用X射线衍射仪、透射电子显微镜，原子力显微镜来观察和描述ZnO量子点的表面形貌和结晶特性。掌握用光致发光来研究量子点的发光特性，从缺陷能级的角度分析ZnO量子点的发光机理。
- 通过对实验中获得光致发光光谱和吸收光谱进行分析，以及对实验结果进行分析，我们进行关于ZnO量子点的发光特性和量子点的结构形貌等方面的研究。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
实行方案：
首先采用化学溶液法制备zno量子点，使用x射线衍射仪、透射电子显微镜，原子力显微镜来分析zno量子点的表面形貌和结晶特性，采用光致发光方法来研究量子点的发光特性。通过分析光致发光光谱和吸收光谱研究zno量子点的结构及光学特性。
进度：
4. 参考文献
[1]张祥强，zno量子点的溶胶-凝胶法制备及光致发光特性研究。[d]
华东师范大学， 2010-04-01
[2]张祥强，侯士丽，茅惠兵zno量子点发光特性受退火温度的影响。
